«Все-таки в употребление вошла раньше медь,
чем железо. Так как была она мягче, притом
изобильней гораздо».
Тит Лукреций Кар. «О природе вещей»
Первое знакомство
В каменном веке людьми была создана технология обработки камня. Кроме добычи кремня и обсидиана, шедших на изготовление орудий, добывались поделочные камни и минеральные краски. Они использовались в декоративных целях и для создания украшений. Рудные выходы необходимых пород встречались не часто и копями пользовались окрестные и мигрирующие племена. Постепенно начинает налаживаться обмен, а в последствии и меновая торговля.
Начиная с неолита малахит широко используется для украшений и поделок, для приготовления красок. С V тыс. до н. э. первые, еще неолитические, земледельцы Египта, уже широко использовали малахит для приготовления красок, как исходный материал для глазурей и цветного стекла. И лишь позднее выяснилось, что малахит – руда для выплавки меди.
Самой ранней малахитовой подвеске, найденной в Северном Ираке, более 10 тысяч лет. Рудник Эргани Маден (Турция) был источником неолитического (VIII -VII тыс. до н.э.) малахита в Анатолии. А бусы из малахита, обнаруженные при раскопках в Иерихоне, имеют возраст около 9 тысяч лет. Изредка в археологических находках эпохи неолита встречаются, мелкие медные предметы, в основном декоративные.
Это связано с тем, что медь, как и золото, встречается в самородном виде, вместе со своими рудами. Поэтому добыча малахита из поверхностных месторождений приводила к нахождению самородков металлической меди уже в период 10-9 тысяч лет тому назад.
В неолите для подземной добычи кремня проводились горные выработки, иногда с применением деревянных креплений. Копи по добыче кремня обнаружены в Кшеменках (Польша). Древние выработки протянулись в длину на 3,9 км с шириной до 120 м. На рудном выходе находится более 900 шахт глубиной до 10 м. Часть из них сообщается между собой небольшими галереями. Для горных работ при добыче полосатого кремня использовались каменные орудия и кайлы из оленьего рога.
Холодная обработка
В неолите начинается процесс перехода к оседлости. Свободная миграция уменьшается, это приводит к усилению обмена, развивается меновая торговля. Увеличивается добыча и использование полезных ископаемых. Возле рудных выходов и месторождений появляется постоянное население.
Для меновой торговли, возникшей в конце каменного века – неолита ( в Европе с VII тыс. до н.э., в Передней Азии с IX тыс. до н.э.) основными предметами обмена были поделочный камень различных пород, минеральные краски, сырье для изготовления орудий – яшма, кремень и обсидиан. Древнейшие копи по добыче кремня и красящих веществ в Европе относят даже к более ранней эпохе – палеолиту.
Первый опыт знакомства с самородными металлами показал, что медь и золото – достаточно мягкие металлы, которые можно обработать с помощью каменных орудий. Известно, что ряд крупных самородков, найденных еще в древности, носят следы обработки каменным инструментом (топором). Первым методом металлообработки стала холодная ковка. С ее помощью медь и золото начали употреблять для изготовления небольших изделий и украшений.
Крупные самородки находили редко и древнейшие медные изделия имеют небольшие размеры. Изготовление крупных орудий связано с нахождением больших самородков, либо с освоением горячей обработки, так как сковать кузнечной сваркой несколько самородков вместе без нагрева невозможно. Поэтому топоры, долота, тесла начинают встречаться в более поздние эпохи.
Фрагменты медных изделий: в основном игл, шильев, бус, булавок; обработанные холодной ковкой из самородков, были найдены в Иране (Али-Кош), Турции ( Чайеню-Тепези и Чатал Гуюк), Сирии (Телль Рамада), Месопотамии (Телль Магзалия), и относятся к периоду VII-VI тыс. до н.э.
Позднее в VI-V тыс. до н. э. мелкие медные предметы, появились в странах Передней Азии (Тепе-Сиалк), Египте (Бадари), Закавказье и Балканах. С IV тыс. до н. э. медь распространяется по всей Европе.
На берегах Озера Верхнего и Гудзонова залива находили большие самородки меди и обрабатывали ее холодной ковкой. Этот вид обработки самородной меди сохранился у индейцев Северной Америки с древности до времен Колумба.
По мере накопления опыта, металл стали применять в больших количествах, причем золото всегда шло в основном на украшения, а медь – на изготовление оружия, орудий труда и предметов домашнего обихода.
Копи расширяются, появляются примитивные шахты, добыча приобретает более крупные масштабы. В них добывали не только высококачественный кремень и другие породы камня, но и металл в самородном виде, в первую очередь медь. Начиная с середины VI тыс. до н. э. в Месопотамию медь доставлялась из месторождений Персии. С V тыс. до н. э., добыча меди начинает получать широкое распространение.
Самый крупный в Старом Свете неолитический рудник «Аи Бунар» существовал в V-IV тыс. до н.э. Его отработанные карьеры глубиной до двадцати метров, протянувшиеся вереницей на протяжении полукилометра находятся близ Старой Загоры (Болгария). Медно-рудные минералы естественным образом выходили на поверхность. Добыча горной породы составила не менее 20 тысяч тонн.
Горячая обработка и литье
В эпоху энеолита (медно-каменный век, IV-III тыс. до н. э.) людьми осваивается горячая обработка меди. Это связано с распространением гончарного производства, давшим мощные печи и естественно способствовавшим освоению техники горячей ковки, а в последствии и литья.
Горячая обработка металла позволила перейти к производству крупных орудий из металла: кованые и литые топоры, тесла, долота изготовлены из меди с естественными примесями. Медные топоры отливали в открытых формах, окончательный вид им придавали путем горячей ковки. Некоторые изделия из меди изготовлены кузнечной сваркой при температуре 350-400°С.
Медные орудия были эффективнее ( в 3-7 раз) в работе, чем каменные, не смотря на ее мягкость. Но полного вытеснения каменных орудий не происходило. Имея преимущество в технологичности и эффективности, на заре цивилизации металл проигрывал в распространенности и доступности.
Первые подобия рудников появились еще в каменном веке, а уже с V тыс. до н. э. появляются настоящие рудники и шахтная добыча. С IV тыс. до н.э. металлургия, металлообработка, горное дело уже выделились в самостоятельные ремесла. Неравномерность расположения месторождений меди активизировала обмен между племенами. Вдали от этих центров встречаются главным образом украшения: браслеты, кольца, медные бусы.
Горячая обработка металла впервые возникла на Ближнем Востоке (Турция и Иран) примерно c VII-VI тыс. до н. э. Затем эта технология, вслед за освоением керамики и открытием новых месторождений меди начинает проникать в Азию, Египет. К IV тыс. до н.э. горячая обработка и литье достигает Европы.
К пиренейским рудникам (Рио-Тинто), открытых иберами и басками в IV- III тыс. до н. э. прибавляются разработки Апеннин. Медь начали добывать на Кипре в IV-III тыс. до н. э., который станет источником самой чистой меди в Древнем Мире, наряду с рудниками Испании. В III тыс. до н. э. прибавляются новые очаги: Малая Азия (Троя), Крит, долина Инда. В Китае медь появляется во III-II тыс. до н. э.
Самые старые находки предметов в Европе связаны с захоронением в Варне, Болгария. Ему около 6 тыс. лет, там же найдены и одни из самых древних в Европе изделий из золота. Археологические раскопки в бывшей Югославии (Рудна Главия), показывают, что добыча меди здесь происходила уже более 6 тыс. лет назад.
Увеличение использования медных орудий привело к уменьшению доступных запасов самородной меди в некоторых регионах. В Египте в середине III тыс. до н. э. отмечается снижение производства медных изделий и увеличение производства каменных орудий.
Освоение руд
Горячая ковка самородной меди дала ключ к открытию выплавки ее из руд. Самородная медь встречается совместно со своими рудами. При горячей обработке конгломерата «самородок – руда» происходило частичное восстановление меди из руды. Например из малахита или куприта, при прокаливании его на костре из древесного угля.
Учитывая доступность и широкую известность этих минералов, процесс освоения плавки медных руд зародился в нескольких регионах. Уже в энеолите и в эпоху бронзы металлургия меди в Древнем Мире стала базировалась на медно-углекислых (малахит, азурит) и окисленных (куприт) рудах, а также медистых песчаниках, добывавшихся с небольших глубин. Химические анализы некоторых древнейших медных изделий показали, что они были изготовлены не только из самородной меди, но и выплавкой из куприта или малахита.
Плавка медно-оксидных и медно-углекислых руд была освоена в VI-V тыс. до н.э. в регионах Турции, а затем и в области между Израилем и Египтом. В IV-III тыс. до н. э. эта техника получения металла из руды распространялась повсеместно и дала людям доступ к новым, более обширным ресурсам, повлекшим за собой увеличение выплавки меди.
Медные памятники, найденные в Израиле (Нахаль Мишмар), датируемые IV тыс. до н. э., говорят о высоком уровне мастерства и культуры обработки металла достигнутой в то время. Искусная обработка клинков в Египте породила легенду о неизвестной технологией закалки, которую египтяне хранили в секрете.
Развивается горное дело и процесс добычи. Малахит и куприт для древних рудокопов становятся проводником для нахождения руд и скоплений меди. Если рудники неолита создавались земледельцами, работавших в них в свободное время, то в энеолите ведется уже постоянная добыча. Руда, поначалу, выбиралась из поверхностных выходов, главным образом на склонах гор. По мере выработки пласта, строились глубокие колодцы и галереи. Приходилось укреплять своды, организовывать освещение, подачу воздуха и транспортировку руды на поверхность.
В Египте добыча меди производилась в рудниках на Синае, вдоль Красного моря и в Нубии. Для работы использовали рабов и осужденных, часто вместе с семьями. На поверхность руду доставляли в плетеных корзинках и кожаных мешках. Обивку руды и ее вынос в узких штольнях осуществляли дети. Рудники являлись собственностью фараонов.
Ограниченное число известных месторождений окисленных медных руд, при постоянном увеличении востребованности металла, а также накопление опыта в металлургии и горном деле привело около 2500 лет до н.э. к освоению добычи глубоко залегающих и более сложных в переработке сульфидных руд.
В этом случае применялся предварительный обжиг руды (выжигание серы) и рафинирования меди путём повторного плавления. Это дало доступ к еще большим сырьевым запасам (около 90% всех запасов меди в мире относятся к сернистым рудам ). А выплавка меди из медно-сульфидных руд является и до сих пор основой современной металлургии меди.
Бронза
В бронзовом веке (III-I тыс. до н. э.) люди освоили земледелие, скотоводство, изготовляли керамику и строили жилища, изобрели письменность. Появились города и возникли государства. Развитие медной металлургии достигает наивысшей точки и завершается открытием сплавов и развитием литейного производства. В античных государствах начинается систематическая разработка медных, а затем и оловянных руд, добыча золота и серебра.
Образование сплава меди с оловом происходило естественно при обработке руд, содержащих медь и олово вместе. Это было отмечено древними металлургами, так как оказалось, что бронза имеет меньшую температуру плавления и большую твердость. Кроме того, бронза лучше заполняла литейную форму. Более твердый металл также получался путем ковки меди с малым количеством мышьяка (Египет, Анатолия). Встречаются и упоминания о латунях (Индия).
Преимущества медных сплавов привели к их широкому применению и производству. Бронзовые орудия отличались большей коррозионной устойчивостью, упругостью, твёрдостью, остротой лезвия. Со II тыс. до н. э. происходит вытеснение меди бронзой.
С приходом бронзы стало широко развиваться литье. Изделия из бронзы отливались в Месопотамии, Египте, Индии и у других народов древности. Это единственный технологичный метод создания крупных изделий из металла. Однако цельные бронзовые статуи древние мастера научились отливать не раньше пятого века до нашей эры, что кстати, совпало по времени с расцветом античной скульптуры.
Создание повозок и колесниц, развитие мореплавания способствовали расширению торговли.
Древнегреческая цивилизация, используя колонии, создала крупную торговую сеть. С ее помощью олово и древесный уголь поставлялись на Кипр для производства бронзы. С ее же помощью бронза и медь продавалась по всему Средиземноморью.
Открытие бронзы происходило независимо в нескольких центрах. Основной очаг открытия медных сплавов, находился в Передней Азии. В Месопотамии (Ирак) бронза появилась за 3000 лет до н.э, затем в северной Индии. Бронзовый век на Ближнем Востоке начался с гор Анатолии, обладавших богатыми залежами меди и олова.
Мышьяковистая бронза производилась в Анатолии и на Кавказе в III тыс. до н. э., позднее в Египте. Первые бронзовые предметы ( ритуальные сосуды, инструменты и оружие) были обнаружены в Китае с 3000 г. до н.э. В Таиланде были обнаружены бронзовые изделия датируемые 2100 г. до н. э. Во всеобщее употребление в Древнем Мире она вошла не раньше 2000 лет до н. э.
В бухте Улубурун (Турция), найдены останки сирийского торгового судна 14 века до н.э. Обнаружено 354 медных слитка, общим весом около 10 тонн, одна тонна оловянных слитков, представляющих собой сырье для ремесел. Найдено также оружие и рыболовные принадлежности, как костяные, так и металлические. А также ножи, иглы, шила, долота, топоры и тесала, золотые браслеты и серьги.
Конец бронзового века
Развитая бронзовая индустрия появилась в крупных государствах древности. Для этого требовалось освоенное горное дело, владение металлургией меди и широкая транспортная и торговая сеть. В I тыс. до н. э. появляются настоящие шахты на богатых месторождениях меди, использующие первые механизмы – вороты, журавли. Олово, необходимое для получения бронзы, доставлялось например с Британских островов еще со времен финикийцев.
Бронза пользовалась огромнейшим спросом во всем Средиземноморье и за его пределами. Широко распространённым материалом бронза становится только в конце I тыс. до н. э. Народы, обладавшие бронзовой индустрией, много добывали и широко использовали металл. Народы не добывавшие металл и получавшие его за счет обмена и торговли, располагали гораздо меньшим его количеством. А недостающее восполняли изготовлением каменных орудий, которые применялись в Европе вплоть до 12 века нашей эры.
Начиная со II тыс. до н.э. появляются и первые железные изделия, но как материал для орудий, железо значительно уступало бронзе. Сыродутное железо было мягким – изготовленные из него орудия быстро затуплялись, гнулись, не подвергались закалке.
Достигнутый технологический уровень металлургии в эпоху бронзы позволил поднять металлургию железа на такую высоту, что в I тыс. до н.э. была освоена технология получения углеродистых сталей и закалки. Это дало возможность изготовлять орудия с большей твердостью. Во времена Римской Республики оружие уже изготовляли из железа и стали. А это уже начало, нового, железного века.
Процесс перехода на железо происходил постепенно, по мере распространения технологий обработки и добычи железа. Но даже в эпоху железа (II век нашей эры), в Китае оружие изготовляли из бронзы, так как она была дешевле железа. И в более поздние времена бронза сохраняла свое значение, превосходя железо в технологичности. Железное изделие обрабатывалось только ковкой, а бронзовые орудия можно было отливать в формах по десятку штук разом. И до сих пор бронза – непревзойденный литейный металл.
Россия
На западном берегу Онежского озера обнаружены стоянки человека эпохи мезолита и раннего металла. В этом же районе были обнаружены шахты того же периода, в которых добывали медно- рудные минералы. Археология датирует время зарождения металлообработки на берегу Онежского озера концом IV тыс. до н.э.
Древнейшие выработки меди на территории нашей страны найдены в Закавказье, на побережье Балхаша, в многочисленных пунктах Сибири. Один из древнейших центров развития медной ( V тыс. до н.э.), а затем бронзовой ( III тыс. до н.э.) металлургии находился на Кавказе. На Южном Урале, Нижнем Поволжье научились выплавлять бронзу около 4 тысяч лет назад.
На западе Алтая в конце II тыс. до н. э. производилось в год около 4 тонн бронзы. Из бронзы делали орудия труда (серпы, секачи, ножи, топоры, рыболовные крючки), оружие и украшения. Выплавка металла из руд производилась в печах, представлявших собой неглубокие ямы, обложенные вертикальными каменными плитами.
Во III – II тыс. до н.э. на Украину медь попадала с Балкан и Карпат. В XV-XI вв. до н. э. эксплуатировались медные рудники Бахмутской котловины (Донецк, Луганск). Из добывавшихся глыб песчаника рудокопы выплавляли медные вкрапления. Полученную медь отливали в слитки, которыми торговали от Днепра до Волги.
В XV веке открыты медистые песчаники Приполярного Урала. При Иване III, в 1491 году в Печорский край снарядили экспедицию под предводительством грека Мануила для поисков полезных ископаемых. При Иване Грозном в Олонецкий уезд был послан новгородский гость (купец) Семен Гаврилов «для сыску медные руды», где она и была найдена. В 1584 году был учрежден Приказ каменных дел, при котором состояли рудознатцы, но после смерти Ивана Грозного его деятельность была прекращена.
В Приуралье начало добычи медных руд относят к XVII веку. В 1630 г. в Пермском крае на реке Яйве обнаружили залежи медистых песчаников. В дальнейшем на территории Приуралья были обнаружены и разрабатывались многочисленные мелкие месторождения.
В 1652 г. Казанский воевода сообщил царю: «Медные руды… сыскано много и заводы к медному делу заводим». Из документов следует, что с 1562 по 1664 г. было послано из «Казани к Москве чистыя меди 4641 пуд 6 гривенков».
В начале реформ Петра I, в 1700 году, был учрежден Приказ рудокопных дел. Значение добычи полезных ископаемых было настолько велико, что во главе горной администрации стоял сам царь.
Первая русская газета «Ведомости», 2 января 1703 г. сообщала: «Из Казани пишут. На реке Соку нашли много нефти и медной руды, из той руды меди выплавили изрядно, отчего чают не малую прибыль Московскому государству».
Открытие же промышленных месторождений меди на Урале и в Сибири связано с именем Никиты Демидова. Именно он по указу Петра I в 1704 начал чеканить медные деньги. Запуском же уральских казенных заводов занимался мастер Иван Маторин, известный еще с 1694 году литьем пушек и колоколов. За короткий срок на заводах уже действовало 20 доменных и более 60 медеплавильных печей. В конце 1701 года вступил в строй петровский первенец – Каменский завод, давший с 1702 по 1709 год 854 пушки и к ним 27 тысяч пудов снарядов. Так ковалась победа в Полтавской битве.
В XVIII веке обнаружены богатые залежи окисленных медных руд Среднего и Южного Урала. На Урале часто встречаются древние выработки, где выбирались только окисленные части медной руды. Вплоть до ХХ века действовал принцип: есть малахит – есть руда, нет его – нет руды.
Слава крупнейших месторождений лучшего в мире поделочного малахита принадлежит Медноруднянскому и Гумешевскому рудникам, которые были открыты благодаря находкам малахита в отвалах древних выработок. При Екатерине II в 1773 году в Петербурге было основано Высшее горное училище, преобразованное позднее в Горный институт.
В XVIII-XIX вв. близ Онежского озера добывали самородную медь, которую отправляли на монетный двор в Петербург. Медно-колчеданные месторождения на Урале разрабатывались с начала XIX века. Позднее обнаружено более 100 медно – колчеданных месторождений и Урал превратился в одну из крупнейших медно-колчеданных провинций мира.
Запуском уральских казенных заводов занимался мастер Иван Федорович Маторин, получивший известность еще в 1694 году литьем пушек и колоколов. За короткий срок на нескольких «поставленных» заводах начало действовать свыше 20 доменных и более 60 медеплавильных печей. В конце 1701 года вступил в строй петровский первенец – Каменский завод, давший с 1702 по 1709 год, то есть до Полтавской баталии, 854 пушек общим весом 38 тысяч пудов, а к ним 27 тысяч пудов снарядов.